Thiết kế cầu Bê tông cốt thép DƯL

Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Thiết kế cầu Bê tông cốt thép DƯL 1* Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=26m, kết cấu kéo trớc. - Khổ cầu K8+2 x1,5m > W=8+2x1,5 - Tải trọng thiết kế: HL93. - Tao cáp DƯL:15,2mm. 2*Tiêu chuẩn thiết kế: - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 - 01 Bộ Giao thông vận tải. - Tải trọng thiết kế: HL93 , đoàn Ngời đi bộ. 3* Vật liệu sử dụng: -Thép DƯL: .Cờng độ quy định của thép ứng suất trớc f pu =1860 Mpa .Giới hạn chảy của thép ứng suất trớc f py =0,9. f pu =1764Mpa .Hệ số ma sát à =0,23 .ứng suất cho phép khi kích f pj =0,7. f pu =1302Mpa .Cờng độ tính toán khi chế tạo R d1 =13280 Kg/cm 2 .Cờng độ tính toán khi sử dụng R d2 =12800 Kg/cm 2 .Môđun đàn hồi E t =197000Mpa -Vật liệu bêtông: .Cờng độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày fc=40Mpa. .Cờng độ chịu nén của bêtông khi tạo ứng suất trớc fci=0,9.fc=36Ma. .Môđun đàn hồi của bêtông Ec=4800 Mpafc 8,30357' = .Cờng độ chịu kéo khi uốn f r =0.63 Mpafc 98,3' = 4* Yêu cầu: - Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng - Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép ( bản vẽ trên giấy A1) Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 1 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Tổng chiều dài toàn dầm là 26 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,4 mét để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 25,2 mét. Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bêtông có f c =40MPa. Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2400 mm Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau: - Chiều dày bản: ts=20cm - Chiều cao toàn dầm: H=120cm - Chiều rộng bầu dầm: bb=60cm - Chiều cao bầu dầm: hb=32cm - Chiều dày bụng: bw=20cm - Chiều rộng bản cánh: b1=180cm - Rộng vát cánh: 20cm - Cao vát cánh: 10cm - Bán kính cong: Rc=20cm - Rộng vát bầu: 20cm - Cao vát bầu: 20cm - Phần hẫng: 120cm Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 2 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Các kích thớc khác nh hình vẽ: Mặt cát dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm) 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045.L Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=25200mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu, h min =1200mm suy ra: h min =0,045.L=0,045.25200=1134mm< h min =1200mm=> Thỏa mãn 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của + 1/4 chiều dài nhịp (= 6300 4 25200 = mm) + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =12.200+max 2/1800 200 = 3300mm + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2400)->bi=2400mm Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 3 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 3.2 Đối với dầm biên Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(=2400/2=1200) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 3150 8 25200 = mm) + 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính =6.200+max 4/1800 2/200 =1650 mm + Bề rộng phần hẫng( =1200 mm) ->be=1200+1200=2400 mm Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2400 mm Dầm biên (be) 2400 mm 4. Tính toán bản mặt cầu 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98). Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm do đó ta chỉ cần xác Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 4 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ. Theo Điều (A.4.6.2.1.6): Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết là cứng vô hạn . Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ trong điều (A.3.6.1.2.5) cộng với chiều cao của bản mặt cầu, ở đồ án này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung. Xác định nội lực do tĩnh tải Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng (A.3.5.1.1) AASSHTO Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng. Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều do TTBT bản mặt cầu: g DC(bmc) =200.1800.24.10 -6 = 8,64 KN/m Thiết kế lớp phủ dày 74mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: g DW =74.2250.10 -4 =1,665 KN/m Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép. g DC(Lan can) = 4,564 KN/m + Để tính nội lực cho các mặt cắt a, b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ DAH và từ đó tính toán nội lực tác dụng lên bản mặt cầu. + Công thức xác định nội lực tính toán: M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều 1.3.2 = i . D . R 0,95 Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 5 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0,95 (theo Điều 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 0,95 (theo Điều 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 1,05 (theo Điều 1.3.5) => = 0,95 p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1 4.2.1 Nôi lực mặt cắt a Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn M a = ]10.25,1.1200 10.2 5,1.900.900. 10.2 1200.1200. .[. 3 )( 6 Ư 6 )( ++ lcncanDCp WD p bmcDC p g g g Trong THGH CĐ1 M a =- ]10.25,1.1200.564,4 10.2 5,1.900.900.665,1 10.2 25,1.1200.1200.8,4 .[95,0 3 66 ++ =-11,71kNm Trong THGH SD M a =- ]10.1.1200.564,4 10.2 1.900.900.665,1 10.2 1.1200.1200.8,4 .[95,0 3 66 ++ =-9,24 kNm 4.2.2 Nội lực mặt cắt b Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 6 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Đờng ảnh hởng Mb + - Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp nh sau: - + Bmc Phủ Xếp tải lên phần Đah dơng Phủ - Bmc + Xếp tải lên phần Đah âm Tính nội lực theo công thức: M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) Trên phần Đah dơng: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ số p = 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Trên phần Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M b trong bảng dới đây Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 7 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Bảng 4.2.2 Phn ah TTGH Cng 1 TTGH S dng Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph Dng 3,621 1,484 2,880 0,992 m -0,441 -0,222 -1,526 -0,334 1,992 1,2243 1,2334 0,3658 Tng ni lc 3,1075 1,92435 4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc - - + + Đờng ảnh hởng Mc Làm tơng tự nh trên , ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.2.3 Phn ah TTGH Cng 1 TTGH S dng Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph Dng -4,123 -1,1813 -3,329 -1,16 m 0,613 0,2035 0,913 0,1742 -3,35 -1,5276 -2,4223 -0,990 Tng ni lc -4,8772 -3,4212 4.2.4 Nội lực mặt cắt Md Đờng ảnh hởng Md + - - + Bảng 4.2.4 Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 8 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Phn ah TTGH Cng 1 TTGH S dng Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph Dng 3,137 1,5014 2,5101 0,853 m -1,20 -0,2901 -1,3253 -0,443 1,95 0,923 1,1823 0,4012 Tng ni lc 2,8723 1,5864 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đờng ảnh hởng Me - - + + - - Bảng 4.2.5 Phn ah TTGH Cng 1 TTGH S dng Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph Dng -4,056 -1,5902 -3,2451 -1,0625 m 0,7823 0,2007 0,8722 0,3235 -3,2703 -1,4025 -2,3725 -0,7812 Tng ni lc -4,3724 -3,1452 4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ . Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải áp dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) : Do nhịp của bản S=2400<4600mm phải đợc thiết kế theo các bánh xe của trục 145KN. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1) : + 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết kế bản mút thừa Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 9 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL + 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: Khi thiết kế các bộ phận khác. Do cầu không có dải phân cách xe thiết kế có thể đi vào phần bộ hành. Khi xếp xe lên đờng ảnh hởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm và dơng Bề rộng dải tơng đơng :áp dụng Điều 4.6.2.1.3 Mô men dơng M + : SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2400=1980 mm Mô men âm M : SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2400=1820 mm Phần hẫng: SW = 1140 + 0,833X X=1000-500-200=300mm SW=1140+0,083.300=1389,9 mm Trong đó X = Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=300 mm S = Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ SW = Bề rộng dải tơng đơng P = Tải trọng trục xe (N) Tải trọng bộ hành Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng ngời đi bộ 3x10 -3 Mpa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. 4.3.1 Nội lực do Truck Load Do TruckLoad và TendomLoad có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu nh nhau(1800mm) nhng TruckLoad có trục sau(145 KN) nặng hơn TendomLoad(110 KN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do TruckLoad. Vẽ Đờng ảnh hởng và xếp tải Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 10 Đờng ảnh hởng Mb [...]... 32 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Ngời đi bộ 1,594 1,594 6.3 Xác định nội lực Hoạt tải xe ôtô thiết kế và quy tắc xếp tải (Điều 3.6.1.3) Hoạt tải xe HL93 - Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL- 93) sẽ gồm một tổ hợp của : + Xe tải thiết kế hoặc hai trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế - Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích.. .Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Sơ đồ tính mômen phần hẫng của bản mặt cầu + Công thức xác định mômen trong THGH CĐ1 cho 1 mét dài bản mặt cầu: Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật 11 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL ( Pi + IM ) yi 1,75.72,5.1,25 yi = 0,95 + SW 1,980 MTruckLoad+= ( Pi +... Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Theo trạng thái giới hạn cờng độ I Cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu lực 4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu( cho 1 mét dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1 + Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho mômen dơng của bản mặt cầu) + Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu Mu= 34,3758 KNm (Bảng... Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Bng 4.a THGH Mặt cắt a b C d e Cờng độ1 -28,29 36,85134 -34,3758 29,70346 -32,2809 Sử dụng -18,1597 21,1814 -20,274 16,91686 -19,062 Vậy nội lực để thiết kế bản mặt cầu là: Bng 4.b Mômen (KNm) Âm Dơng Hẫng TTGH Cờng độ1 -34,3758 36,85134 -28,29 TTGH Sử dụng -20,274 21,1814 -18,1597 4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu + Bê tông bản mặt cầu fC = 40... fc' fy Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng thép tôi thiểu Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật 18 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép Theo Điều 5.10.3.2 Trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450mm Smax 1,5x200=300 (mm) 4.5.3 Bố trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu( cho 1m dài bmc) và kiểm toán theo... giữa (ASSHTO Bảng 4.6.2.2.3a-1): Một làn thiết kế chịu tải Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật 31 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học gv= 0,36 + S 7600 Cầu B tông Cốt Thép DƯL = 0,36 + 2400 7600 = 0,676 Hai làn thiết kế chịu tải gv= 0,2 + S S 2400 2400 = 0,2 + =0,465 7600 10700 7600 10700 Khống chế + Đối với dầm biên (AASHTO bảng 4.6.2.2.3b-1): Một làn thiết kế chịu tải Sử dụng quy tắc đòn bẩy,... hoặc 450 mm Cốt thép co ngót và nhiệt độ theo phơng dọc cầu 0.5AS =0.2065 Sử dụng NO10 @450 có As=0,22mm2/mm 4.5.5 Kiểm tra bản mặt cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm toán nứt) Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật 19 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Theo Điều A.5.5.2 các vấn đề phải kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng là nứt , biến dạng và ứng suất trong bê tông Do nhịp... lấy fsa=189 Mpa > fS = 66,72 Mpa Thoả mãn Vậy bản mặt cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng 4.5.6 Kiểm tra bố tri thép theo thiết kế kinh nghiệm Phải đặt lớp cốt thép đng hớng ,fy 400Mpa Cốt thép phải càng gần các mặt ngoài càng tốt Lớp đáy : Số lợng thép tối thiểu cho mỗi lớp bằng 0,57 mm 2/mm Theo thiết kế trên cốt thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là... phẳng lới cốt thép cho bản mặt cầu nên cốt thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống cốt thép âm(6 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu Mu=28,29 (Xem bảng 4.b) Do mômen tính toán Mu < Mômen tính toán của mômen âm của bản mặt cầu nên chắc chắn các kiểm toán trong kiểm toán về cờng dộ thoả mãn 4.5.4 Bố trí cốt thép co ngót và nhiệt độ Theo Điều A.5.10.8 cốt thép cho... tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1) Phải thoả mãn điều kiện c 0.42 de de = dP =132 mm (Do coi Aps = 0 (A.5.7.3.3.1-2)) c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=18,2796 mm c 18,2796 = = 0,1385 < 0,42 => Thoả mãn de 132 Sinh viên: Nguyễn Văn Nhật 16 Lớp: Cỗu-Đờng Bộ A-K42 Thiết Kế Môn Học Cầu B tông Cốt Thép DƯL Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mãn về hàm lợng thép tối đa + Lợng cốt thép tối